DE1694035B2 - HeiBversiegelbare Polyäthylenfolie sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

HeiBversiegelbare Polyäthylenfolie sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine hcilJversiegelbare Polyäthylenfolie einer Cesamtdicke von 0,0254 bis 0,254 mm, bestehend aus einer Polyäthylenunterlage, die auf mindestens einer Seite mit einem Überzug versehen ist.
hs ist bekannt, fcuchligkeitsundiirchlässige CeIIophanfolien in Heißversicgelimgs-Verpackungsmaschinen bei Temperaturen von 135 bis 204,4 C zu versiegeln. Das Heißversiegeln von Cellophanfolien fand nach 1930 weite Verbreitung. Die heißversiegelbaren Cellophanfolien bestehen aus einer mit einer Nitrocelluloseschicht überzogenen Folie aus regenerierter Cellulose. Derartige Cellophanfolien besitzen eine bedeutend größere Feuchtigkeitsundurchlässigkeit als gewöhnliche, nicht beschichttte Folien. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Feuchtigkeitsundurchlässigkeit der beschichteten Cellophanfolien für pulverförmige Stoffe, z. B. Trockenmilchpulver, alkoholfreie Getränke in Pulverform und Chemikalien, nicht ausreichend ist.
In jüngerer Zeit wurde eine mit Polyäthylen beschichtete Cellophanfolie bekannt. Eine solche Folie
ίο hat den Vorteil, daß sie sich nicht nur in den üblichen Heißversiegelungsvorrichtungen verarbeiten läßt, sondern daß sie auch eine günstigere Feuchtigkeitsundurchlässigkeit aufweist, so daß sie sich ausgezeichnet zum Verpacken von feuchtigkeitsempfindlichen Stoffen eignet. Die Folie hat jedoch den Nachteil, daß sich die Schichten leicht voneinander trennen, wobei die äußere Cellophanschicht besonders gegenüber Wasser und Feuchtigkeit empfindlich ist, so daß die Folie einer stärkeren Beanspruchung nicht gewachsen ist, wenn sie an der Außenseite feucht wird. Außerdem ist ihre Herstellung ziemlich kostspielig.
In den letzten Jahren sind auch einfache glatte Polyäthylenfolien für Verpackungszwecke verwendet worden. Diese Folien lassen sich jedoch nicht in den übliehen Heißversiegelungsvorrichtungen heiß versiegeln. Zwar wurden auch spezielle Verfahren, durch welche Verpackungen aus Polyäthylen direkt hergestellt werden können, entwickelt, doch erfordern diese Verfahren eine genaue Überwachung und sind bei weitem nicht so allgemein verwendbar wie bei Verwendung von Cellophanfolien. Darüber hinaus hat Polyäthylen den Nachteil, daß es in Form von Folien, d. h. mit einer Dicke von nicht mehr als 0,25 mm, von Sauerstoff und von Lösungsmitteldämpfen, vielen aromatischen Stoffen, Pflanzenölen usw. ziemlich leicht durchdrungen wird, was die Verwendbarkeit von Polyäthylenfolien auf dem Verpackungsgebiet stark einschränkt.
Die anderen in der Verpackungsindustrie verwendeten Folien, z. B. Folien aus Kautschukhydrochlorid, Folien auf der Grundlage von Vinylidenchlorid, Folien aus Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren, Celluloseacetat und Polyestern, z. B. Polyäthylenterephthalat, lassen sich in den üblichen Heißversiege- !ungs-Verpackungsmaschinen nicht versiegeln oder haben andere schwerwiegende Nachteile.
Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, Polyesterfolien mit anderen Folien zu laminieren, um sie für Verpackungszwecke geeignet zu machen. Es wurde
so auch bereits versucht, Polyäthylenfolien mit Polyeslerfolien zu laminieren. Sämtliche dieser Bemühungen führten jeoch zu keinem Erfolg. Auch das Modifizieren der Oberflächen von Polyäthylenkörpern mit bestimmten Überzügen, insbesondere das Überziehen von Polyäthylenkörpern aus Polyäthylen hoher Dichte mit einem Polyäthylen niedriger Dichte, ist bereits vorgeschlagen woirden. Es zeigte sich jedoch, daß derartige Überzüge den Nachteil haben, zu kleben bzw. zu backen, und zu einer Verminderung der Gleitfähig-
fio keit der Polyäthylenfolien führen.
Aus der US-PS 3163 617 sind des weiteren Be-Schichtungsmassen für Verpackungspapiere für tiefgefrorene Nahrungsmittel bekannt, die aus Paraffinwachsen, Polyäthylen, einem Fettsäureamid und einem Terpenharz aufgebaut sind. Hauptbestandteil diesei Beschichlungsmassen sind Paraffin wachse. Mit den bekannten Beschichti ngsmassen lassen sich insbesondere Kartonpapiere ii der Weise beschichten, daß die
»eschichteten Papiere unter Temperaturbedingungen, vie sie in einem Kühlschrank oder einer Tiefkühltruhe 'orherrschen, feuchtigkeitsundurchlässig sind. Nacheilig an den bekannten Beschichtungsmassen ist, daß ;ie auf Grund ihres Terpenharzgehaltes nur opake md farbige Überzüge liefern.
Aufgabe der Erfindung war es, eine Polyäthylenolie zu entwickeln, mit welcher d'c wünschenswerten Heißversiegelungseigenschaften von Polyäthylen niedriger Dichte ausgenutzt werden, während die Gleit-Fähigkeit oder Schlüpfrigkeit \ erbessert und ein unerwünschtes Verkleben und Zusammenbacken vermieden wird.
Es wurde gefunden, daß sich derartige Folien durch Beschichten einer Polyäthylenfolie mit einer Beschichtungsmasse aus mindestens einem niedermolekularen Polyäthylen niedriger Dichte, mindestens einem Fettsäureamidderivat und Carnaubawachs herstellen lassen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine heißversiegelbare Polyäthylenfolie einer C'samtdicke von 0,0254 bis 0,254 mm, bestehend aus einer Polyäthylenunterlage, die auf mindestens einer Seite mit einem Überzug versehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Polyäthylenunterlage auf mindestens einer Seite einen selbstschmierenden und heißversiegelbaren 2S Überzug aus (a) mindestens einem niedermolekularen Polyäthylen mit einer Dichte von weniger als 0,920 g/ cm3 und einem Schmelzindex von mehr als 20. (b) mindestens einem Fettsäureamidderivat und (c) Carnaubawachs aufweist, in dem das Gewichtsverhältnis der Komponenie (a) zur Summe der Komponenten (b) und (c) mehr als 2,5 : 1 und weniger als 55 : 1 belrägt.
Die heißversiegelbaren Folien nach der Erfindung lassen sich in den üblichen automatischen Verpackungsmaschinen des zum Verpacken von Gegenständen in Cellulosefolien bekannten Typs verwenden.
Abgesehen von einer ausgezeichneten Gleitfähigkeit und Schlüpfrigkeit besitzen die Folien nach der Erfindung eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung und Abrieb, einen äußerst niedrigen Trübungs- bzw. Schleierfaktor und eine niedrige Heißversiegelungstemperatur.
Eine besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform einer Polyälhylenfolie gemäß der Erfindung ist bei mäßig hohen Temperaturen unterhalb 148,9 C heiß versiegelbar und weist einen Young-Modul von mehr als 14 060 kg/cm2, einen Trübungs- bzw. Schleierfaktor von weniger als 3 ",'„ eine Wasserdamprdurchlässigkeit von weniger als 6,2 g pro Quadratmeter in 24 Stunden, eine Zugfestigkeit von mehr als 1406 kg/cm2 in min- 5" destens einer Richtung, eine Heißversiegelbarkcit von mindestens ITC unterhalb der Errnüdungslempcratur der Folie, einen statischen Reibungskoeffizienten von weniger als 0,70 und eine prozentuale Bruchdehnung von weniger als 8% in mindestens einer Richtung auf.
Die Erfindung ermöglicht ganz allgemein die Herstellung heißversiegelbarer Folien folgender Eigenschaften :
1. Die Folien besitzen eine Mindest-Heißsiegelfestigkeit von etwa 0,0447 kg/cm im Falle von bei 107,20C 1 Sekunde lang heißversiegelier Folien, wobei gilt, daß die heißversiegelbare Beschichtung eine Klebrigkeitstemperatur von mindestens IVC unterhalb der Erweichungstemperatur der PoIyäthylenunterlage haben soll.
2. Die Folien weisen eine derartige Schlüpfrigkeit und Glätte auf, daß sie :n automatischen Verpackungsmaschinen, ohne Anzukleben, verarbeilet werden können. Der maximale statische Reibungskoeffizient liegt bei etwa 0,60 und der maximale kinetische Reibungskoeffizient bei etwa 0,50. Vorzugsweise üegt der statische Reibungskoeffizient bei 0,50 oder darunter und der kinetische Reibungskoeffizient bei 0,40 oder darunter. Der Reibungskoeffizient wird dabei nach der ASTM-Methode D 1894, Verfahren B »Tests for Coefficient of Friction of Plastic Films«, gemessen.
3. Die Folien weisen eine derartige Schlüpfrigkeit und Glätte auf, daß sie der Verpackungsvorrichtung ohne Schwierigkeiten zugeführt werden können.
4. Die erzeugten Verpackungen backen nicht, d. h., sie kleben nicht aneinander, wenn sie zusammengebracht werden.
5. Die auf die Polyäthylenunterlage aufgebrachte heißversiegelbare Schicht ist derart beschaffen, daß sie sich auf den Walzen, durch welche die Folie geführt wird, nicht loslöst. Vorzugsweise ist die Beschichtung dabei möglichst dünn und frei von jeglichen Trübungs-, Verformungs- und Entfärbungseigenschaf ten.
6. Die Folien sind verarbeitbar, wenn es der Verarbeiter wünscht.
7. Die Steifheit und Flärte der Folien sind groß genug, um das Einführen in Verpackungsmaschinen zu ermöglichen und eine Fallenbildung, Runzelung oder Kräuselung zu verhindern. Dies bedeutet, daß der Young-Modul der Folien größer als 14 100 kg/cm2 ist.
S. Die Folieneigenschaften werden bei der Lagerung nicht durch Änderung der Temperatur und/oder Feuchtigkeit beeinträchtigt.
Ein zur Herstellung eines heißversiegelbaren Überzugs besonders geeignetes Polyäthylen ist ein Polyäthylen mit einer Dichte von 0,910 g/cnv1 und einem Schmelzindex von 200.
Fettsäureamidderivate, die sich als besonders vorteilhafte Komponenten für die Herstellung der Überzüge erwiesen haben, sind die langkcttigen Fettsäureamide (Oleamide), die der Formel R -CONH2 entsprechen, worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 10 bis 40 Kohlenstoffatomen ist, der gesättigt oder ungesättigt sein kann.
Beispiele für derartige Feltsäuredcrivate sind:
Erucamid (C21H41CONH2),
Lauramid (C12H23CONH2),
Stcaramid (C18H35CONH2),
Scrotamid (C20H51CONH2),
Ricinolamid, Linolamid und Oleostearamid.
Gegebenenfalls kann die Beschichtungsmasse noch andere Zusätze enthalten, z. B. Mittel zur Verhinderung elektrostatischer Aufladungen.
Die Beschichtungs- oder Überzugsmasse kann auf hochschmelzende Polyäthylenfolien, vorzugsweise aus Polyäthylen hoher Dichte (Dichte 0,960 g/cm3, Schmelzindex 5,0), z. B. aus einer Xylollösung oder ähnlichen Lösungen, durch irgendein geeignetes Verfahren, welches nach dem Auswalzen einen dünnen und unzusammenhängenden bzw. unstetigen Endüberzug mit einer Dicke von 0,000254 bis 0,00203 mm zurückläßt, aufgebracht werden. An Stelle von Xylol können die verschiedensten anderen Lösungsmittel verwendet werden, solange sie die Beschichtungs-
komponenten lösen und bei der Bcschichtungstemperatiir in Lösung halten. Die zu verwendende Lösungsmittelmenge hängt von dem angewandten Beschichtungsverfahren und der Beschichtungsmasse ab. Nach dem Aufbringen der Beschichtung auf die Polyäthylenfolie wird das Lösungsmittel vorzugsweise verdampft, um die Mischung auf der Oberfläche der Folie in Form von Partikeln zurückzulassen. Die erhaltene pulverförmige Schicht wird dann erhitzt, bis sie schmilzt bzw. erweicht und an der Polyäthylenfolie haftenbleibt.
Zur Veranschaulichung der Wirkung, welche eine Änderung des Anteils einer Komponente in der Beschichtungsmasse auf den Typ der erzeugten heißversiegelbaren Folie hat, wird auf die folgende Tabelle verwiesen. Die Beschichtungskomponenten wurden in heißem Xylol gelöst, worauf mit den Lösungen strangverpreßte Polyäthylenfolien hoher Dichte mit 1,904 bis 2,734 g Beschichtungsmasse / m2 Oberfläche be schichtet wurden.
Die Beschichtungsmassen wurden bei verschiedener Geschwindigkeiten unter Standardbedingungen ausgewalzt. Es wurden die maximalen und Mindest-Auswalzverhältnisse ermittelt. Das Mittel aus dem maximalen Auswalzverhältnis und dem Mindest-Auswalzverhältnis wurde als optimales Auswalzverhältnis bezeichnet. Dies optimale Auswalzverhältnis ist ein quantitatives Maß für Gleitmittelwirkung der Beschichtungsmasse oder die »Schlüpfrigkeit« der Folie. Folien, welche bei einer gegebenen Auswalzgeschwindigkeit hohe Auswalzverhältnisse ermöglichen, haben eine gute Schlüpfrigkeit, während Folien, welche nur geringe Auswalzverhältnisse gestatten, eine geringe Schlüpfrigkeit haben. Die optimalen Auswalzverhältnisse oder Schlüpfrigkeiten lassen sich, wie später noch gezeigt werden wird, auch errechnen.
Be- Benchichtungsmasse in % Fctlsäure- (auf der Grundlage von statikum Trocken- Optimales Auswalzverhältnis errechnet bei einer Auswalz- errechnet
schich- 4,5% GesamtfeslstofTcn) amid 0,32 beschich- bei einer Auswalz 4,49 geschwindigkcit von
60,96 m/Minute		 4,04
tungs-
masse		 Polyäthylen
mit einer		 0,32 0,35 tung in
g/m2
Ober		 geschwindigkeit von
45,72 m/Minute		 4,95 4,70
Dichte von 0,35 0,43 fläche 5,45 tatsächlich 5.16
Nr. 0,910 g/cm:l 0,43 0,26 tatsächlich 5,25 4,28 5,13
1 3,21 0,52 Carnauba- AnIi- 0,64 1.904 4.54 4,66 4,69. 4,22
2 3,46 0,00 wachs 0,30 1,904 4,99 5,10 5,18 5,03
3 3,21 0,44 0,64 0,30 1,904 5,47 5,16 5,21 4,90
4 3.46 0,44 0,35 0.35 1,904 5,39 5,02 4,53 4,68
5 3,25 0,35 0.43 0,28 1,904 4,86 4,70 4,68 4,40
6 3,46 0,28 0,26 1,59 1,904 4,88 4,99 4,80 4,78
7 3,46 0,00 0,64 0,16 2,197 5,02 3,93 4,84 3.54
8 3,46 0,16 0,30 0,22 2.246 5,05 3,66 4,21 3.43
9 3,75 0,00 0,30 0,10 2,490 4,57 3,22 5,14 3,00
10 3,91 0,00 0.35 0,325 1,904 5,17 5,14 3,54 4,84
11 4.02 0,325 0,19 0,45 2,734 3,89 4,41 3,14 4,04
12 4,28 0,00 0,00 0.70 2,246 3.53 5,22 3,01 4,64
13 4,40 0,00 0,16 0,70 2,246 3,39 5,18 5,06 4,65
14 3,75 0,00 0.00 0,75 2.734 5,24 5,59 4,11 5,35
15 3,91 0.00 0.00 0,2« 2,246 4,31 4,81 4,67 4,40
16 3,46 0,28 0,10 0,70 2,490 5.Γ. 5,17 4,53 4,65
17 3,46 0,00 0,15 0.00 2.246 5,33 3,85 5,49 3,58
18 3,75 0,30 0,35 0,251 1,904 5,62 3,81 4,31 3,51
19 3,75 0.00 0,35 0,26 2,490 4,57 5.32 4,55 3,12
20 3,46 0,52 0,00 2.246 4,90 3,68
21 4,10 0.19 2,734 3,81 3,55
22 4,25 0.35 2,734 3.56 5,19
23 3,56 0,10 2,246 5,45
0.00
0,26
In der Zeichnung sind dargestellt in
F i g. 1 ein Diagramm, welches die Auswalzeigenschsften einer Heißversiegelungsmasse zeigt, und in
F i g. 2 ein Diagramm, welches die Auswalzeigenschaften von mehreren verschiedenen Heißversiegelungsmassen vergleicht.
Bei dem in F i g. 1 dargestellten Diagramm handelt es sich um ein Auswalzdiagramm einer Folie, die mit einer Beschichtungsmasse aus 3,46% eines Polyäthylens niedriger Dichte (0,910 g/cma), 0,35% eines Fettsäureamides als Gleitzusatz, 0,35% Carnaubawachs, 0,35% eines Gleitmittels und Mittels zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung und 95,5% Xylol als Lösungsmittel beschichtet worden war. Die Beschichtungsmasse wurde derart aufgetragen, daß nach dem Trocknen und Aufschmelzen auf eine Oberfläche von 1 m2 1,904 g Beschichtungsmasse entfielen.
In dem Diagramm der F i g. 1 wurden die maximalen Auswalzverhältnisse und die Mindest-AuswaJzverhältnisse, weiche bei 30,48 m/Minute, 45,72 m/Minute, 60,96 m/Minute und 91,44 m/Minute erhalten werden konnten, und die Auswalzgeschwindigkeiten gegeneinander aufgetragen und die erhaltenen Punkte miteinander verbunden. Auf diese Weise wurde der Bereich, in welchem einwandfreie Folien erhalten werden können, ermittelt Des weiteren wurde das Mittel zwischen den maximalen Auswalzverhältnissen und den Mindest-Auswalzverhältnissen bei jeder Geschwindigkeit aufgetragen. Verwiesen wird auf die gestrichelte Linie in Fig. 1. Diese Linl·; stellt das
optimale Auswalzverhältnis für die speziell verwendete Beschichtungsmasse dar. Diese BeschichUingsmassc ist in der Tabelle als Masse Nr. 2 angegeben und weist ein optimales Auswalzverhältnis oder eine Schlüpfrigkeit von 4,99 bei 45,72 m/Minute und 4,69 bei 60,96 m/ Minute auf.
Die Tabelle zeigt die für die verschiedenen Beschichtungsmassen erhaltenen optimalen Auswalzverhältnisse oder Schlüpfrigkeiten bei Auswalzgeschwindigkeiten von 45,72 m/Minute und 60,96 m/Minute. Die Beschichtungsmassen wiesen einen Gesamtfeststoffgehalt von 4,5% auf und enthielten 95,5% Xylol. Die aufgetrockneten Beschichtungsmassen wur den jedoch vor dem Auswalzen getrocknet und gehärtet.
Zur Ermittlung der Wirksamkeit einer jeden Bcschichtungskomponenle und der Beschichtungsstärke auf die Schlüpfrigkeit wurde eine Analyse der Angaben der Tabelle durchgeführt, und zwar unter Verwendung der folgenden Gleichung:
Y = B1X1 + B2X, + B3X3 + B4X, + Β,Χ,
in der bedeutet:
Y die Schlüpfrigkeit,
ΑΊ den Anteil des Polyäthylens,
X2 den Anteil des Fettsäureamidderivates.
X3 den Anteil an Carnaubawachs,
Xt den Anteil des Antistatikums und
Xs die Beschichtungsstärke.
B1, ßs usw. sind Konstanten einer jeden Komponente. Unter Verwendung dieser Gleichung wurden die Konstanten B1, S2 usw. ermittelt.
Es ergaben sich folgende Gleichungen:
Schlüpfrigkeit )'(bei 45,72 m/Minute) =- 0.54 (Polyäthylen) + 3,83 (Fettsäureamiddcrivat) — 0,30 (Carnaubawachs) -i- 4.28 (Antistatikum) ■·- 0,94 (Beschichtungsstärke)
Schlüpfrigkeit >'(bci 60.96 m/Minute) = 0.61 (Polyäthylen) + 4,31 (Fettsäureamidderivat) — 0,86 (Carnaubawachs) + 4,22 (Antistatikum) — 0,24 (Beschichtungssträrke).
Die durch Verwendung dieser Gleichungen zu errechnenden Schlüpfrigkeiten oder optimalen Auswalzverhältnisse sind in der Tabelle mit den tatsächlich ermittelten Werten angegeben. Eine Betrachtung der Gleichungen und der Koeffizienten für jede Komponente zeigt die relative Wirkung von jeder auf die Schlüpfrigkeit. Demnach ist es so, daß die Erhöhung des Polyäthylenanteils die Wirksamkeit schwach erhöht, daß die Erhöhung des Gleitzusatzes, d. h. des Fettsäureamidderivates, und die Erhöhung des Anteiles des Mittels zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung die Wirksamkeit deutlich erhöhen und daß die Erhöhung des Anteiles an Carnaubawachs die Wirksamkeit vermindert.
Die für die Errechnung des optimalen Auswalzverhältnisses oder der Schlüpfrigkeit entwickelten Gleichungen stellen Anhaltspunkte für die Herstellung von geeigneten Beschichtungsmassen für spezielle Fälle dar, wie die folgende Betrachtung zeigt.
In einem Falle wurden Folien mit einem geringeren Auswalzverhältnis als dem üblichen Auswalzverhältnis von 5 : 1 benötigt. Die Folien sollten ein Auswalzverhältnis von etwa 3,6:1 bei Auswalzgeschwindigkeiten von 53.34 bis 60,96 m/Minute haben.
Es wurden Beschichtungsmassen mit Schlüpfrigkeiten oder optimalen Auswalzvcrhältnissen in der Nähe der erwünschten neuen Beschichtungsmassse ausgewählt (Massennummern 11, 12, 13 und 15). Die vorher für diese Massen bei Auswalzgeschwindigkeiten von 45,72 m/Minute und 60,6 m/Miinute erhaltenen Schlüpfrigkeitswerte (Auswalzvcrhäknisse) wurden in einem Diagramm aufgetragen (F i g. 2). Aus F i g. 2 ergibt sich, daß die Masse Nr. 11 den gestellten Anforderungen genügt, da sie bei eineir Auswalzgeschwindigkeit zwischen 53,34 und 60,96 m/Minute ein Auswalzverhältnis von 3,6: 1 ermöglicht. Nun ist es jedoch wünschenswert, mehrere Beschichtungsmassen mit verschiedenen anderen Anteilen der Komponenten und somit modifizierten anderen Eigenschaften, wie der Heißsiegelfestigkeit, der Gleitbarkeit
zo und des unerwünschten Verklebens oder Zusammenbackens, zur Verfügung zu haben.
Aus F i g. 2 ergibt sich, daß die erwünschte Beschichtungsmasse eine solche Schlüpfrigkeit haben soll, daß die durch Auftragen der Auswalzgeschwindigkeit gegen das Auswalzvcrhältnis erhaltene Linie durch Punkte mit einem ungefähren Auswalzverhältnis von 3.80 bis 3,90 bei 45,72 m/Minute und 3,45 bis 3,60 bei 60,96 m/Minute hindurchgeht, um das festgelegte Auswalzverhältnis von 3,60 : 1 bei 53,34 und 60,96 m/ Minute zu haben. Um Beschichtungsmassen mit einem derartigen Auswalzverhältnis oder einer derartigen Schlüpfrigkeit zu erhalten, ist es notwendig, den Anteil des Fettsäureamidderivates oder des Antislatikums in der Beschichtungsmasse zu vermindern. Vorzugsweise wird das Fettsäureamidderivat bzw. das Antistatikum durch Polyäthylen und nicht durch Carnaubawachs ersetzt, um höhere Heißsiegelfcstigkeiten zu erzielen. Unter Verwendung der angegebenen Gleichungen wurden die in der Tabelle und in der Fig. 2 angegebenen Massen 21 und 22 hergestellt. Mit den beiden Beschichtungsmassen wurden Polyäthylenfolien beschichtet und ausgewalzt. Die tatsächlich ermittelten Werte der Schlüpfrigkeit lagen innerhalb einer Toleranzgrenze von 1 bis 7"„ der er-
4.5 rechneten Werte.
In einem weiteren Falle wurde die beschriebene Verfahrensweise zur Entwicklung einer Beschichtungsmasse, welche das Auswalzen einer Folie bei höheren Geschwindigkeiten bei einem Auswalzverhältnis von 5: 1 ermöglicht, verwendet. Gemäß I- i g. 1 nimmt mit der Erhöhung der Auswalzgeschwindigkeil die Schlüpfrigkeil oder Schmierwirksamkeit ab. Daher ist es zur Erzeugung einer Beschichtungsmasse, welche bei höheren Geschwindigkeiten als beispielsweise 39,62 bis 45.72 m/Minute ein Auswalzverhältnis vor 5: 1 ermöglicht, notwendig, daß die Beschichtung eine größere Schlüpfrigkeit hat. Dies kann durch Er höhung des Fettsäureamidanteiles oder des Anteile! des Antistatikums in der Beschichtungsmasse erreich werden.
Durch Verwendung der angegebenen Gleichungei wurde eine Beschichtungsmasse mit einer größerei Schlüpfrigkeit entwickelt (Masse Nr. 23 in der Ta belle). Mit dieser Masse wurde eine Polyäthylenfoli beschichtet, worauf die beschichtete Folie ausgewah wurde. Sie wies tatsächlich Schlüpfrigkeilswerte ode eine optimale Auswalzbarkeit innerhalb einer ToU ranzgrenze von 1 bis 2% der berechneten Werte au
509 520/3(
\r
9 10
Mit der Beschichtungsmasse konnte ein Auswalz- Die beschichtete Polyäthylenfolie besaß folgende
verhältnis von 5:1 bei Auswalzgeschwindigkeiten von Eigenschaften:
etwa 64,01 bis 79,25 m/Minute erhalten werden. Bei
91,44 m/Minute wurde ein Auswalzverhällnis von Heißsiegelfestigkeit in kg/cm, ermittelt
4,73: 1 erhalten. 5 mittels eines Erhitzungseisens bei etwa
Die beschriebene Verfahrensweise ermöglicht es \§TC und einer Verweilzeit von ISe-
somit, Beschichtungen für verschiedene Auswalz- künde 0,154
geschwindigkeiten zu entwickeln. Reibungskoeffizient:
Bei der Beurteilung der Beschichtungsmassen ist Statisch >2,0
auch der Bereich, in dem durch Auswalzen eine ein- io Kinetisch >2,0
wandfreie Folie erzeugt werden kann, von Bedeutung.
Gemäß F i g. 1 ist dies die Fläche zwischen den durch Aus den erhaltenen Daten ergibt sich, daß die Folie
die zwei Linien dargestellten maximalen und Mindest- zwar eine ausreichende Heißsiegelfestigkeit hatte,
auswalzverhältnissen. Der Auswalzbereichswert bei jedoch einen viel zu hohen Reibungskoeffizienten, um
irgendeiner Auswalzgeschwindigkeit ist der Unter- 15 in automatischen Verpackungsmaschinen verwendbar
schied zwischen dem Mindestauswalzverhältnis und zu sein,
dem maximalen Auswalzverhältnis bei der betreffenden
Geschwindigkeit. Unter Verwendung der in der Ta- Beispiel 2
belle beschriebenen Beschichtungsmassen wurde eine
Analyse der Wirkung der Beschichlungsmassen und 20 Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde der Beschichtungsstärke auf die Auswalzbereiche bei wiederholt, doch wurde diesmal zur Beschichtung eine 45,72 m/Minute und 60,96 m/Minute durchgeführt. Lösung aus 5% Polyäthylen einer Dichte von 0,010 g/ Bei diesen Geschwindigkeiten hatten alle Komponen- cm3 und einem Schmelzindex von 200, 1,0% Carten annähernd dieselbe Wirkung auf den Auswalz- naubawachs und 94% Xylol verwendet. Die beschichbereich. Es wurden jedoch einige Unterschiede zwi- 25 tetc Folie besaß folgende Eigenschaften:
sehen Beschichtungen derselben Zusammensetzung
beobachtet. Es wird angenommen, daß dies auf die Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,0339
Ungleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke zurück- Reibungskoeffizient:
zuführen ist. Wurde nämlich die Folie kurz vor der Statisch 0,53
beschichtung durch eine Vorrichtung zur Beseitigung 30 Kinetisch 0,54
elektrostatischer Aufladungen geführt, so wurden
gleichmäßigere Beschichtungen und beim Auswalzen Aus diesen Daten ergibt sich, daß die Heißsiegelbreitere Walzbereiche erhalten. Außer bezüglich der festigkeit dieser Folie zu gering und der kinetische Gleichmäßigkeit hatte die Beschichtungsstärke selbst Reibungskoeffizient zu hoch war.
nur sehr wenig Einfluß auf den Auswalzbereich im 35 Wird das Verhältnis von Polyäthylen zu Carnaubauntersuchten Bereich von 1,904 bis 2,743 g/m2. wachs vermindert, so vermindert sich die Heißsiegel-
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher festigkeit weiter. Wird das Verhältnis von Polyäthylen erläutern. In den Beispielen sind alle Prozentangaben zu Carnaubawachs erhöht, so erhöht sich der Rei-Gewichtsprozentangaben, soweit nichts anderes an- bungskoeffizient weiter. Wird daher eine Beschichgegeben ist. Die Heißversiegelungen wurden bei Tem- 40 tungsmasse aus lediglich Polyäthylen und Carnaubaperaturen durchgeführt, die ausreichten, um die zu wachs verwendet, so können keine technisch einwandversiegelnden Oberflächen klebrig zu machen, jedoch freien Folien erhalten werden,
nicht dazu ausreichten, um die Schichtträger zum Erweichen zu bringen. Beispiel 3
Beispiel 1 Das im Beispiel 1 beschriebene Veriahren wurde
wiederholt, doch wurde diesmal zur Beschichtung der
Es wurde eine Lösung aus 5%, Polyäthylen mit einer Folie eine Lösung aus 5% Polyäthylen mit einer
Dichte von 0,910 g/cm·"' und einem Schmelzindex von Dichte von 0,910 g/cm3 und einem Schmelzindex von
200 und 95 °„ Xylol hergestellt. Zum Zwecke der vo.r v> 200,1 % Oleamid und 94% Xylol verwendet. Es wurde
ständigen Lösung des Polyäthylens wurde auf 93°C eine Folie mit folgenden Eigenschaften erhalten:
erhitzt, worauf auf etwa 630C abgekühlt wurde. Mit
der Lösung wurde eine 0,127 mm dicke Folie aus Poly- Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,0589
äthylen mit einer Dichte von 0,960 g/cm3 und einem Reibungskoeffizient:
Schmelzindex von 5,0 mittels eines Beschichtungs- 55 Statisch 0,10
Stabes beschichtet. Die aufgetragene Schicht wurde Kinetisch 0,09
zunächst an der Luft getrocknet, wobei das Lösungsmittel verdampft wurde, worauf 10 Minuten lang auf Aus den erhaltenen Daten ergibt sich, daß die Heiß 1100C erhitzt wurde, um die Beschichtung mit der Siegelfestigkeit und der Reibungskoeffizient diesei Polyäthylenfolie zu verbinden. Die Beschichtungs- 60 Folie einwandfrei waren. Die Folien besaßen jedoct stärke entsprach einem Auftrag von 1,904 g/ma eine weiche und fettige Oberfläche, und mit der Folii Schichtträgerfläche. erzeugte Verpackungen klebten zusammen.
Das beschichtete Material wurde zwischen zwei auf
etwa 99°C aufgeheizten Stahlwalzen mit Durchmessern Beispiel 4 von 267 mm unter Anwendung eines Druckes von 65
893 kg/cm auf eine Dicke von 0,0254 mm ausgewalzt. Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurdi
Die Beschichtung erweichte und wirkte als Walzen- wiederholt, jedoch wurde diesmal eine Beschichtungs
schmiermittel. masse aus einer Lösung aus 5 % Polyäthylen mit eine
Ä7Q
Dichte von 0,910 g/cm3 und einem Schmelzindex von 200, 0,5% Oleamid, 0,5% Carnaubawachs und 94% Xylol verwendet. Es wurde eine Folie mit folgenden Eigenschaften erhalten:
Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,0518
Reibungskoeffizient:
Statisch 0,13
Kinetisch 0,12
Wasserdampfditrchlässigkeit in g/m2/24 Stunden 3,565
Trübung in % 1,5
Zerreißfestigkeit in kg/cm2
in der Länge 1519
in der Breite 329
Dehnung in %
in der Länge 81
in der Breite 3,0
Young-Modul in kg/cm2
in der Länge 31 500
in der Breite 25 900
Die Heißsiegelfestigkeit und der Reibungskoeffizient dieser Folie waren einwandfrei. Die Folie besaß keine fettige Oberfläche, und mit der Folie verpackte Gegenstände klebten nicht zusammen.
Das bevorzugte Verhältnis von Polyäthylen zu den Zusätzen liegt bei 3:1 bis 10: 1. Die folgenden Beispiele veranschaulichen dies.
Beispiel 5
Aus den erhaltenen Daten ergibt sich, daß der Reibungskoeffizient dieser Folie im richtigen Bereich liegt, daß die Heißsiegelfestigkeit jedoch zu schwach ist. Dies Beispiel zeigt, daß das Gewichtsverhältnis von Polyäthylen zu den Zusätzen von 2,5 :1 zu gering ist.
Beispiel 6
IO Das im Beispiel 5 beschriebene Verfahren wurde unter Verwendung einer Beschichtungsmasse aus einer Lösung aus 3,46% Polyäthylen einer Dichte von 0,910 cm3 und einem Schmelzindex von 200, 0,35% Oleamid, 0,35% Carnaubawachs, 0,35% technischem Ölsäureamid und 95,5% Xylol wiederholt. Die erhaltene Folie besaß folgende Eigenschaften:
Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,0572
Reibungskoeffizient:
Statisch 0,11
Kinetisch 0,10
Aus den erhaltenen Daten ergibt sich, daß die Heißsiegelfestigkeit und der Reibungskoeffizient einwandfrei waren. Die Folie ließ sich in automatischen Heißversiegel ungs-Verpackiingsvorrichuingen einwandfrei verarbeiten. Hieraus ergibt sich, daß das gewählte Verhältnis von Polyäthylen zu den Zusätzen von 3,3 : 1 im geeigneten Bereich liegt.
Es wurde eine Lösung aus 3,21 % Polyäthylen mit einer Dichte von 0,910 g/cm3 und einem Schmelzindex von 200, 0,43% Oleamid, 0,43% Carnaubawachs, 0,43% eines technischen ölsäureamides und 95,5% Xylol hergestellt. Zur vollständigen Lösung aller Komponenten wurde dabei auf etwa 93 "C erhitzt. Die 4" Lösung wurde dann auf etwa 63UC abgekühlt, worauf sie zur Beschichtung einer 0,127 mm dicken Folie aus Polyäthylen einer Dichte von 0,960 g/cm3 und einem Schmelzindex von 5,0 verwendet wurde. Die Beschichtung erfolgte mit einer Exlruderbeschichtungsvorrichtung. Die beschichtete Folie wurde zur Trocknung durch einen Warmluftumwälzofen mit vier Abschnitten einer Temperatur von 54,4"C im ersten Abschnitt bis zu 115,6"C im 4. Abschnitt geführt. Dabei wurde zunächst das Lösungsmittel verdampft, worauf die aufgetrocknete Schicht mit der Polyäthylenfolie verschmolzen wurde. In entsprechender Weise wurde die Beschichtungsmasse auf die andere Seite der Folie aufgebracht. Die Beschichtungsstärke auf jeder Seite der Folie entsprach einem Feststoffgehaltvon l,904g/m2.
Die beschichtete Folie wurde zwischen zwei auf etwa 116°C aufgeheizten Stahlwalzen mit Durchmessern von 482,6 mm unter Anwendung eines Druckes von 232,2 kg/cm2 auf eine Dicke von 0,0254 mm ausgewalzt, wobei die Beschichtung erweichte und als Walzenschmiermittel wirkte.
Beispiel 7
Hs wurde eine Lösung aus 5% Polyäthylen einer Dichte von 0,910 g/cm3 und einem Schmelzindex von 200, 0,03% Oleamid, 0,03% Carnaubawachs, 0,03% technischem ölsäureamid und 94,91 % Xylol hergestellt. Mit der Lösung wurde eine 0,127 mm dicke Folie aus Polyäthylen mit einer Dichte von 0,960 g/cm3 und einem Schmelzindex von 5,0 mittels eines Beschichtungsstabes beschichtet. Die aufgetragene Schicht wurde an der Luft getrocknet, um das Lösungsmittel zu verdampfen, und dann 10 Minuten lang auf 1100C erhitzt. Die Schichtstärke der aufgetragenen Schicht entsprach einem Feststoff gehalt von 1,904 g/m2.
Die beschichtete Folie wurde zwischen zwei auf 99°C aufgeheizten Stahlwalzen mit Durchmessern von 266,7 mm unter Anwendung eines Druckes von 714,4 kg/cm auf eine Dicke von 0,0254 mm ausgewalzt, wobei die Beschichtung erweichte und das Walzenschmiermittel wirkte.
Die Folie hatte folgende Eigenschaften:
Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,101
Reibungskoeffizient:
Statisch 1,14
Kinetisch 1,04
_.,..,., , , , _. , , Die Heißsiegelfestigkeit dieser Folie war einwandfrei
Die Folie hatte folgende E.genschaften: Der Reibungskoeffizient war jedoch m hochj weshall Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,0303 65 sich die Folie in automatisch arbeitende Heißversiege Reibungskoeffizient: lungs-Verpackungsvorrichtungen nicht richtig ein Statisch 0,11 führen ließ. Dies zeigt, daß das angewandte Verhältni Kinetisch 0,11 von Polyäthylen zu den Zusätzen von 55:1 zu hoch isi Beispiel 8
Beim Auswalzen der gemäß Beispiel 6 hergestellten Folie hatte die Walzgeschwindigkeit die folgende Wirkung auf das Auswalzverhältnis:
Walzgeschwindigkeit in m/Minute Auswalzverhältnis
30,48 5,23
45,72 4,99
60,96 4,69
76,20 4,46
91,44 4,22
Hieraus ergibt sich, daß die Walzgeschwindigkeit bei der Entwicklung der Beschichtungsmassen berücksichtigt werden mui3. Andererseits kann durch Veränderung der Walzgeschwindigkeit das Auswaizverhältnis in begrenztem Umfang verändert werden, zo
In manchen Fällen kann es notwendig sein, den Beschichtungsmassen noch weitere Zusätze, z. B. Mitte! zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung, zuzusetzen. Hierdurch dürfen die anderen Eigenschaften der Beschichtungsmasse jedoch nicht nachteilig beeinflußt werden. Beispiel 9 veranschaulicht dies.
Beispiel 9
A. Es wurde eine Lösung aus 3,92% Polyäthylen einer Dichte von 0,910 g/cm3 und einem Schmelzindex von 200, 0,41% Oleamid, 0,41% Carnaubawachs, 0,41% technischem Ölsäureamid und 94,8% Xylol hergestellt. Mit dieser Lösung wurde eine 0,109 mm dicke Folie aus Polyäthylen einer Dichte von 0,960 g cm3 und einem Schmelzindex von 5,0 beschichtet und danach wie im Beispiel 5 beschrieben erhitzt und ausgewalzt. Die Folie hatte die folgenden Eigenschaften:
Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,0660
Reibungskoeffizient:
Statisch 0,15
Kinetisch 0,11
B. Das unter A beschriebene Verfahren wurde unter Verwendung einer Beschichtungsmasse aus einer Lösung aus 3,92% Polyäthylen mit einer Dichte von 0,910 g/cm3 und einem Schmelzindex von 200, 0,41 % Oleamid, 0,41 „ Carnaubawachs, 0,33",; technischem Ölsäureamid, 0,08 %, N-Cetyl-N-äthylmorpholiniumäthylsulfat als antistatisch wirksames Mittel und 94,85% Xylol wiederholt. Gegenüber der Beschichtungsmasse gemäß A wurden somit 0,08% des technischen Ölsäureamids durch 0,08 % N-Cetyl-N-äthyimorpholiniumäthylsulfat ersetzt. Mit der Be-Schichtungsmasse wurde eine 0,109 mm dicke Folie aus Polyäthylen mit einer Dichte von 0,960 g/cm3 und einem Schmelzindex von 5,0 beschichtet und dann iii derselben Weise wie im FaIIeA erhitzt und ausgewalzt.
Die Schlüpfrigkeit der gemäß B erzeugten Beschichtung war ähnlich der Schlüpfrigkeit der gemäß A erzeugten Beschichtung. Die Folien besaßen folgende Eigenschaften:
Mit einem üblichen Ladungsme3gerät durchgeführte Messungen der elektrostatischen Aufladungen der Folie mit und ohne Antistatikum führten zu folgenden Ergebnissen:
Aufladungs Spezifischer
meßwert in Oberflächen-
elektrostatischen Widerstand
Einheiten/cm -10-10JnO
Mit Antistatikum
Ohne Antistatikum
+ 1,0
-4,4
Beispiel 10
3 500
20 000
7,394 kg Polyäthylen mit einer Dichte von 0,910 g/ cm3 und einem Schmelzindex von 200 wurden in 55,34 kg auf etwa 93"C erhitztem Xylol gelöst. In der heißen Lösung wurden dann 1,474 kg Carnaubawachs, 1,474 kg einer, Oleamids, 0,295 kg Polyoxyäthylensorbitanstearat und 1,179 kg Sorbitanstearat gelöst. Die erhaltene Lösung wurde dann zu SO,285 kg auf 93CC vorerhitztes destilliertes Wasser zugegeben. Bei der Zugabe wurde die Mischung kräftig geruh π. Die heiße Mischung wurde dann in einen Intensivmischer homogenisiert und danach allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt.
Mit der erhaltenen Emulsion wurden beide Seiten einer 0,114 mm dicken Folie aus Polyäthylen mit einer Dichte von 0,960 und einem Schmelzindex von 5.0 beschichtet. Die Beschichtung erfolgte dadurch, da;3 die Folie durch ein Bad der dem Intensivmischer entnommenen Emulsion geführt und darauf überschüssige Emulsion durch Hindurchführen der Folie durch, den von zwei Stäben gebildeten Spalt entfernt wurde. Nach der Beschichtung wurden die Schichten mittels eines auf 88 bis 102°C erhitzten Lufttrockners mit dem Schichtträger verschmolzen. Die Folie wies ausgezeichnete Gleiteigenschaften auf, verklebte nicht und konnte bei 104°C heiß versiegelt werden. Die Folie besaß folgende Eigenschaften:
Wasserdampf durchlässigkeit in
g/m2/24 Stunden <,650
Trübung in % 2:,4
Temperatur bei 2% Schrumpfung ... 106"C
Zugfestigkeit in kg/cm2 an der Streckgrenze (Maschinenrichtung) 1 687'
Zerreißfestigkeit in kg/cm2
in der Länge 1 729
in der Breite 401?
% Dehnung
an der Streckgrenze (Maschinenrichtung) 2;'.,9
beim Bruch
in der Länge 30,8
in der Breite ?.,6
Young-Modul in kg/cm2
in der Länge 41 477
in der Breite 26 714
Heißsiegelfestigkeit in kg/cm 0,075 65 Proben der beschichteten Folie wurden mit auf
Reibungskoeffizient: 104,40C erhitzten Walzen zu Folien einer Dicke von
Statisch 0,18 0,0229 mm ausgewalzt. Diese Folien wurden in einer
Kinetisch 0,12 Heißversiegclungsvorrichtung zur Umhüllung von
Wasserdampfdurchlässigkeit in
g/m*/24 Stunden
Trübung in %
Temperatur bei 2% Schrumpfung ... Zugfestigkeit in kg/cm2 an der Streckgrenze (Mascbinenrichtung) 1 722
Zerreißfestigkeit in kg/cm2
in der Länge 1 793
in der Breite 387
Zigarettenpackungen verwendet, wobei die Versiegeiuugsätäbe auf Temperaturen von 121 bis 135,0° C bzw. 132 bis 143° C erhitzt wurden.
Die ausgewalzten Folien einer Dicke von 0,0229 mm wiesen folgende physikalische Eigenschaften auf:
2,47 107° C % Dehnung
an der Streckgrenze (Maschinenrichtung) 27,7
beim Bruch
in der Länge 68,9
in der Breite 3,5
Young-Modul in kg/cm2
in der Länge 36 556
in der Breite 26 011
Beide Folien besaßen ausgezeichnete Gk -=gen-
schaften und verklebten nicht Die Beständigkeit der Folien gegenüber Abnutzung und Abrieb war der von aus dem Polyäthylen mit niedriger Dichte und hohem Schmelzindex hergestellten Folien deutlich überlesen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
509 520/368

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Heißversiegelbare Polyäthylenfolie einer Gesamtdicke von 0,0254 bis 0,254 mm, bestehend aus einer Polyäthylenunterlage, die auf mindestens einer Seite mit einem Überzug versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die PoIyäthyienunterlage auf mindestens einer Seite einen selbstschmierenden und heißversiegelbaren Überzug aus (a) mindestens einem niedermolekularen Polyäthylen mit einer Dichte von weniger als 0,920 g/cm3 und einem Schmelzindex von mehr als 20, (b) mindestens einem Fettsäureamidderivat und (c) Carnaubawachs aufweist, in dem das Gewichtsverhältnis der Komponente (a) zur Summe der Komnonenten (b) und (c) mehr als 2.5 : 1 und w tniger als 55: 1 beträgt.
2. Polyäthylenfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (a) des, heißversiegelbaren Überzugs aus einem niedermolekularen Polyäthylen besteht, dessen Klebrigkeitstemperaiur mindestens 11 "C unterhalb der Klebrigkeitstemperatur der Polyäthylenunterlage liegt.
3 Polyäthylenfolic nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyäthylenunterlage pro Quadratmeter 1,709 bis 2,929 g des heißversiegelbaren Überzuges aufweist.
4. Verfahren zur Herstellung der heil.Uersiegelbarcn Polyäthylcnfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß man die Komponenten (a), (b) und (c) in dem angegebenen Gewichtsverhältnis in einem Lösungsmittel miteinander mischt, die dabei erhaltene Lösung in dünner Schicht auf mindestens eine Seile der PoI)-äthylenuntcrlage aufträgt und auf diese aufwalzt.
5. Verfuhren nach Anspruch 4, dadurch cekennzeichnel, daß man die Mischung aus den komponenten (a). (b) und (c) in Form einer Lösung auf die Polyäthylenunterlage aufbringt, anschließend das Lösungsmittel entfernt unter Bildung einer aus einzelnen Partikeln bestehenden Überzugsschicht und die einzelnen Partikeln bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Partikeln, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der Polyäthylenunterlage, miteinander verschmilzt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die beschichtete Polyäthylenunterluge in einem Verhältnis von mindestens 5 : 1 bei Walzgeschwindigkeiten von bis zu 91,44 m pro Minute auswalzt.
DE1694035A 1966-02-01 1967-01-31 Heißversiegelbare Polyäthylenfolie sowie Verfahren zu ihrer Herstellung Expired DE1694035C3 (de)

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